感悟化学之美——对近代化学发展史课程的感悟

于焕超 沈爱国 胡继明

(武汉大学 湖北武汉 430072)

近现代以来，化学在自身学科构造和带动其他领域发展方面取得了巨大成就。它不仅发展出包括无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学和分析化学众多分支的综合学科体系，而且各分支学科又依据各自不同的研究重点，发展出次一级学科。与此同时，化学也带动了能源、信息、材料、国防、交通、环境保护、医药卫生、资源利用等方面的进步[1]。在科学与社会的不断进步和人类物质生活质量的不断改善与提高都离不开化学的今天，是什么让化学继续保持着活力和理性，继续向更深更远的未来挺进？是精密的仪器？抑或是几个偶发的、具有划时代意义的实验现象？还是现代化学工业的刺激？笔者认为，近现代化学高速发展的动因或许还有另外一种解释，那就是与化学家思维上的“浪漫主义”和“现实主义”特征相关。

1 化学家思维中的“浪漫主义”特征解析

“浪漫主义”风格发端于《离骚》，其主要文学特征为文辞瑰丽，想象奇特。而对于这种文学风格的理解，在现今的美学语境下，更多的是偏向于解读为人的个性、自由、创造性等现代社会价值[2]。而这种解读，恰好与近现代以来伟大化学家所秉持和流露出的思维品质相契合，在一定程度上展现了化学家思维中的“浪漫主义”特征。具体细化来分析，可以将个性和自由的价值解读为化学家坚持真理，排除学术谬误和学术歧视的思维理念，将创造性价值解读为化学家在具体的化学实验和思考中展现的创新能力和思维张力。两者相结合，才能较好地在宏观和微观两个层面揭示化学家思维中的“浪漫主义”特征。

1.1 在真理、谬误和学术歧视中的激烈抗争

化学作为一门实践性和理论性都很强的科学，内在的科学性决定了它在起步、构建和发展阶段都会有诸多的理论问题和实验问题需要解决，在这些问题的解决过程中，往往同时并存很多假说和设想。由于实验方法和实验器材的局限，认识能力的不足，很容易造成化学家在一定时期集体陷入谬误之中。从对神学的崇拜到对无机物和有机物的认识以及后来的物质结构解析，化学每向前迈进一步都会付出巨大的代价。为什么在这样艰难的建设阶段，化学学科还能从炼金术和医药化学中摆脱出来，真正构建自己的科学体系呢？这离不开一大批伟大的化学家坚持独立人格，捍卫学术自由的努力。

物质是什么？在这个看似简单的问题后面，有着极为艰辛的认知过程[7]。从希腊学者思考的原初物质到四要素学说再到一系列的具体的假说，如巴拉塞尔士修正四元素学说而得出的盐、硫磺、水银构成身体的三要素学说，海尔孟批判亚里士多德和巴拉塞尔士而提出的空气-水二元素学说[3]，以及后来玻义耳提出的微粒学说，道尔顿的原子学说，阿伏伽德罗的分子学说，整个认识过程充满了批判和继承，但毫无疑义的是这其中也充斥着学术谬误和学术歧视对真理探究的压制。如英国科学家道尔顿由于提出原子学说而在化学史上占有重要地位，但由于他晚年坚持原子不可分的想法，并极力反对盖·吕萨克提出的“气体反应体积简比”定律，以及后来阿伏伽德罗提出的分子假说[4]，致使分子学说在很长一段时间不被化学界所接受。即便这样，阿伏伽德罗和他的学生始终没有放弃自己的见解，直到阿伏伽德罗去世，在他学生的努力下，才终于使学术界接受了分子学说，并最终确定了化学学科的基础——原子-分子学说。再如，维勒在学术界一致认为不可能人工合成有机物的情况下，仍然执着地开展有关有机物的研究工作。他的老师兼好友贝采里乌斯得知后，还嘲笑他说：“能不能在实验室里合成一个孩子？”当维勒终于合成尿素的时候，写信给贝采里乌斯：“我无法再继续怀疑我对尿素的化学合成了，我不得不宣布，我不用通过人或者狗的肾，就能够制得尿素”[4]。同样还有“物理化学三剑客”之一的阿伦尼乌斯，他提出了“电离学说”，但在最初的学说构想和正式提出阶段却遭到老师和其他化学界前辈的反对，他将电离学说作为博士论文提交，最后却只得了个极为平常的成绩。但是，深信自己理论正确性的阿伦尼乌斯向奥斯特瓦尔德和范托夫求教，在三人的共同努力下，电离学说这一重要的物理化学基础理论才得以被学术界所承认和接受[8]。作为发现维生素先驱的艾克曼医生，没有固守专家认为脚气病是由一种细菌引发的传染病的看法，而是坚持自己的想法，最终发现了导致脚气病的真正原因并发现了米糠的药物作用[4]。莫斯科大学的创立者罗蒙诺索夫也敢于质疑自己的老师在燃素说上的错误，通过实验最早证明了燃烧的本质[4-5]。

以上列举的化学家都是在坚持自己正确学说的道路上绝不退让，哪怕是对于当时的权威和泰斗也是如此。这种在真理和谬误以及学术歧视上不断抗争的精神以及学术自由的品质，构成了化学家思维中敢于批评、反思以及正确对待权威的个性和自由的现代价值观。

1.2 在化学实验和化学理论中的创新能力和思维张力

如果说前一论述是宏观的认识，那么这里我们将是从微观层面上研讨化学的创造性社会价值。这种微观角度并非是对具体化学实验过程的解读，而是针对在化学实验过程中产生的富有创造力的化学仪器和化学试验方法以及在试验中思考问题的维度予以解析，以抽离出附着在化学仪器和化学方法以及思考路径上的创造性，展示思维的力量。

1.2.1 化学实验仪器和方法的创新性

化学仪器的进步，直接推动了化学科学的进步。但是，每一时代的生产力水平决定了仪器的先进程度。因此，如何在现有的生产力水平下，选用正确的化学仪器成为化学家实验成败的决定要素之一。对于太阳光的研究，牛顿选用了三棱镜和黑暗的屋子以及小孔；本生和基尔霍夫发明了原子光谱法，利用本生灯对原子进行光谱分析，就像解读密码一样破解各种物质的元素构成[6]；汤姆生利用克鲁克斯阴极射线管验证了次原子级粒子——电子的存在[7]；莫瓦桑在制取单质氟的过程中使用了自制的电炉。化学家对于化学仪器的天生敏感性，使他们不仅善于选择化学仪器，而且更善于根据实际的需要制备新的仪器；化学仪器的选用和制备不仅为化学研究提供了手段，而且为化学思维的实践提供了物质载体。

对于化学方法而言，则更具特色。如何排列组合不同的仪器，以达到实验目的，提高实验效率，体现了智慧与工艺的完美结合。侯德榜先生简化了索尔维制碱法，缩短了制碱流程；拉瓦锡的制氧装置引入定量分析法；拉塞姆依靠不同的实验装置发现了惰性气体。这种排列组合直接构成了一个个详细而具体的实验方案，而每一个实验方案都是化学家逻辑的再现，是他们理论和智慧的物质外化。这种直观外化的智慧具有可复制的特点，使得抽象逻辑真正能够在实践操作中得到再生。

1.2.2 化学思考路径上的创新性

化学实验在真正进入实验阶段之前，除了仪器，还有最初的理论思考。整个实验的方案和进行正是基于这样的思考准备。而思考的路径是什么？思考的角度和方向在哪里？化学家给出的答案是各学科的交融以及丰富的想象力。将物理学方法引入化学实验，这是电离学说成功的奥秘; 戴维电解出了金属钾; 范托夫利用数学方法整理分析实验结果，首先推导出化学反应等温式[4]；朗缪尔则将物理学知识和冶金学知识用在了表面化学的研究上。学科交融与互利，让这些伟大化学家跨越了狭窄的专业领域，在思考的路径上融入了其他学科的研究方法。

化学家思维路径中还有人类最宝贵的资产——丰富的想象力。玻义耳说，“人们猜测性地构思若干线索，使我们能去破译用密码写成的书”[4]。而这些“猜测性的构思”无疑促进了化学质的飞跃。正是一步步地从空气—水—火—土的四元素说发展到微粒学说，才有了后来原子学说和分子理论的产生。人们最初是依靠经验累积起来的想象来促进化学进步的。凯库勒在“蛇咬尾的梦”中看到了苯原子构成的奥秘，完成了化学式的整理和规范；而沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构，更是揭开了人类遗传信息的秘密。正如美国天文学家黑尔所说，“一个缺乏想象力的人，无论是从事工程技术还是美术、文艺和自然科学不会做出什么创造性的成绩来”[4]。在思考的路径上缺少了想象力的帮助，而单纯依靠现有的认识和现象，是难以深入到化学领域深层的，因此，爱因斯坦强调，“想象力是科学研究中的实在因素”。

2 化学家思维中的“现实主义”特征解析

《诗经》首开“现实主义”的创作风格，其内容贴近生活，情感真诚淳朴。用于描述化学家思维之特征是指化学家执着严谨的品格、理论寓于实践的踏实作风以及强烈的社会责任感。近现代以来，化学发展的动因，除了精妙的思维，还有那些在实验室里不断奋斗的化学家。有的化学家为此付出了生命的代价，但是一代又一代的化学家却在这片属于自己的天地里继续勤勉工作，执着向前，在理论和实践上见证了化学的奇迹。很少有一个地方能像实验室一样拥有如此多的惊喜，见证着诸多天才的执着和勤奋。他们踏实的工作风格带给化学的不仅仅是一系列的成就和理论，更多的是世人对于化学家品格的赞美，人格的尊崇。在工作之外，他们还力图在生活中实现化学的价值，一如老师所说，不应该让化学成为一种深奥的理论抑或被少部分人所垄断，而应该让化学走向大众，走向生活。

2.1 执着严谨的品格

在许多诺贝尔化学奖得主的获奖感言中都会提到一个伟大的化学家——瑞典人贝采里乌斯；这位在无机化学领域做出杰出贡献的化学家，在自己的婚礼上说，化学才是自己的第一位情人[5]。只有对化学痴爱至此，方能有此般执着。也正是出于对化学事业的热爱，费舍尔成为了“满身粪臭”的大学教授，卢瑟福成为了“光会挖土的野兔子”，而莫瓦桑才不顾4次中毒的教训，执着地进行氟单质的提取。这些伟大的化学家都把化学当作自己的事业，当作自己的孩子和亲人，甚至视为生命。一个人能去除杂念，在科学世界里自由地探索，这对于他们来说，就是生活的意义，生命的意义。而他们的严谨作风也是让人慨叹的。阿伦尼乌斯提出电离学说之前，在实验室里进行了无数次的实验和数据的记录；费舍尔能同时进行5项化学实验而没有任何杂乱的迹象[5]；而奥斯特瓦尔德在收到阿伦尼乌斯有关电离学说的论文时，是通过实验做出评价的；拉曼研究散射现象正是在细微不同的辨析中取得了突破，发现了拉曼散射；拉姆塞发现惰性气体也是在试验中基于对细微的光谱差异的分析而得到了启发[4-7]。这些实例都表明化学家已将严谨作风固化为思维中必须遵循的准则；他们就像精妙的程序设计者一样，逻辑缜密而有条不紊。正是这些严谨的工作程序和化学家的认真细致才得以使他们的创造力在实验室里转化为现实。

2.2 理论寓于实践的踏实作风

许多化学家极力将化学推向生活，应用于实践，同时他们也在实践中实现了化学的突破。如1996年诺贝尔化学奖得主史莫利教授所说“需要来源更廉价的原子，我们才能增加效率”。现代的化学家不再单纯地要创造出新的化合物，而是要思考和探求如何让这些化合物更高效、更环保地造福于人类生活。如“尼龙王子”卡罗瑟斯在合成纤维上的研究直接推动了合成纤维和尼龙工业的崛起；尼龙改变的不单是化学史，而且改变了工业生产和现代生活。塑料的应用同样如此，整个高分子化学，直接促进了新生活方式的产生。确实，化学的生命力应该根植于实践的需要，而不仅仅只是理论和实验室；它需要在实验室萌芽，更需要在社会和生活中历练和成长。我们无法考证伦琴在发现放射性的时候是否知道它将在医学领域帮助无数的人，也无法考证居里夫人在由“铀”走向“镭”和“钋”的过程中是否预料到它们在人类抗拒疾病的道路上发挥重要作用，但是后来的历史一再说明无论是有心还是无心，化学家的发明和发现都在生活中找到了自己的用武之地。

2.3 强烈的社会责任感

伟大的化学家之所以伟大就在于他们不仅仅要实现化学的价值，还有强烈的社会责任感。居里夫人的女婿弗雷德里克·约里奥·居里为了阻止法国核贩子利用核武器对其他无核国家进行核威胁，毅然与法国的政客们展开了斗争；劳厄在整个德国陷入纳粹的狂热中时，依旧清醒地拒绝用化学为纳粹服务。这些有良知的化学家为了维护社会价值不惜斗争到底而成为和平卫士。居里夫人不肯申请“镭”的专利而将“镭”奉献给全世界，雅洛不肯申请“肽类激素的放射免疫分析法”的专利，坚持将这一发明奉献给所有需要的人。这些科学家将化学的事业看成是全人类的事业，这样的化学家因其高尚无私的品质，让全人类走向了幸福。

在“浪漫主义”和“现实主义”思维特质的引导下，化学再也不是炼金士追求财富和长生的异术，真正成为了一门带来社会进步和人类文明的科学。

参 考 文 献

[1] 中国科学技术协会,中国化学会.化学学科发展报告.北京:中国科学技术出版社,2011

[2] 巴曾.古典的,浪漫的,现代的.南京:江苏教育出版社,2005

[3] 柏廷顿 J R,胡作玄.化学简史.北京:中国人民大学出版社,2010

[4] 沈玉华,谢安建.百合千分胜造化——化学发现与创造思维.合肥:安徽大学出版社,2007

[5] 廖正衡.中外著名化学家传略.吉林:吉林教育出版社,1994

[6] 山冈望.化学史传.北京:商务印书馆,1995

[7] 亨利·M·莱斯特.化学的历史背景.北京:商务出版社,1982

[8] 应礼文.大学化学,1987,2(5):55